黄 蓓,朱 黔,马 骏

(中国运载火箭技术研究院,北京 100076)

随着战争形态变革,对常规飞行器的发展提出了信息化、智能化、实战化的作战应用需求。常规飞行器需在体系对抗条件下,实现模块化编组、精确化筹划、灵巧化指挥,结构严整的对抗模式已无法适应瞬息万变的复杂战场态势,难以达成指挥控制的灵活高效性和作战效能的精准性[1]。指挥决策作为作战体系的核心大脑,在实时动态的战场对抗态势下,需以“动、快、精、准”的应用模式,提升体系整体联动能力和高效响应能力。因此,本文针对以常规飞行器作为中心节点的作战体系,基于敏捷组态的协同概念,构建自适应分布式的智能化指挥决策系统。以指挥决策云实现作战资源共享与信息高效响应,通过指挥控制网络驱动模块化作战力量,达成“自同步、自组织、自适应”效果[2],形成从态势、任务、方案到作战实施的一体化作战能力。

1 一体化作战指挥概念

信息化的动态体系对抗,其最大特征在于作战体系的区域分布性、作战单元的自主性,以及单元间在整体目标驱动下的同步性。围绕实战需求提出云网化的体系概念,以基于云服务的体系架构融合各要素,形成敏捷动态的作战模块编组,通过指挥控制贯通体系内要素节点,以作战指令形式指挥控制作战进程,以实时刷新的作战数据适应战场态势的动态变化,实现指挥1张表、作战1张图,通过指控网络互联互通信息,提升飞行器在对抗条件下的自适应能力和作战网络的动态可伸缩性。

云网化的作战体系包含以下特点:

1)作战单元“质点”聚态:将作战体系内的各要素进行模块化封装,构造成为具有特定功能的单元模块,在开放式、分布化对抗环境中构建多维度的自组织、自同步、自适应协同配合机制与指挥控制网络,通过行为约束规则驱动这些作战单元模块[3-4]。作战单元被“质点化”为网格上的节点,“质点”间的关系与响应模式描述为网络上的边,灵活机动、动态聚合,并具备弹性以适应态势与任务的变化。

2)信息动态驱动响应:基于对战场态势的感知与理解,开展态势研判并建立其与任务的关联关系。通过各指挥层级之间高效的网络通信关系以及云资源管理,构建多级贯联的信息库,实现信息同步、认知构建、决策分析、行动执行控制。通过各作战要素间的信息共享,支撑对态势和任务的迅速响应,作战指挥闭环联动。

3)协同自适应:围绕目标特性图、决策知识库、算法模型库等知识方法的建设,形成在认知模型基础上的群体智能协同。平时通过大量分析计算丰富知识库,完成技术知识的模型化与服务化,战时快速响应、智能寻优,充分支撑决策功能的实现。基于智能决策知识库和算法集,通过标准化的接口和可定制的流程,形成指挥决策的自适应能力。

定义分布式作战体系的基本要素包括三类:使命任务、作战单元和信息网络。使命任务是作战体系形成的驱动条件和方向;作战单元模块属于分布的作战资源,是能够独立运作的模块化力量单元,也是能够按需协同组合的功能包及组件;信息网络是包括所有信息通信采集、处理、共享等基础平台和信息传播的物理环境[5]。

如图1所示,在三类基本要素之间建立映射关系,实现体系的功能与目标。这些关系包括:使命分解得到作战单元可执行的任务,存在任务间的序列关系;任务到作战单元间的分配关系;作战单元在执行任务上的协作关系;作战单元间的指挥与控制关系;任务间的信息流;作战单元间的信息拓扑结构。三类要素和六种关系决定了作战体系的组成与结构,也在一定程度上决定了体系的效能。在此拓扑关系中,以指控决策联结各作战单元,当单元间的协作关系为直接协作时,表示为作战单元在同一指控群内,而间接的协作关系

表示为协同的作战单元属于不同指控群的集合[6-7]。

图1 作战体系要素映射关系

2 云网化的指挥决策体系架构设计

2.1 云网化的指挥控制关系

作战单元模块按动态作战进程中感知、决策、行动的关键步骤,可抽象为三类作战单元集合,即感知单元、决策单元、执行单元,通过决策单元开展任务与感知等信息的分选识别,形成决策方案,输出到执行单元[4-6],如图2所示。将各作战单元模型化为节点,节点间通过信息网、火力链、指控网等多重自组织动态网络建立协同关系,并用节点之间的有向连接实现指控、探测、协同和交战关系,通过网络拓扑表达节点间的耦合规则和信息交互关系。以包含目标的使命任务为输入,将分散的资源灵活地聚焦于一个(或多个)使命任务下。以指挥决策系统为核心控制节点,整合调度各单元节点并驱动网络,实现作战资源的高效融合、结构功能的内在耦合以及体系效能的精确释放。

图2 云网化指挥控制驱动关系

2.2 指挥决策体系逻辑架构

在云网化的体系模型下,建立指挥决策体系的逻辑架构,通过指挥决策驱动作战网络,推动作战进程,如图3所示。

图3 云网化的指挥决策逻辑架构

将指挥决策节点作为核心中枢,综合集成作战单元模块集群,生成决策方案,驱动执行指挥控制[8-9]。具体如下:

1)使命任务以作战意图与任务指令的形式作为输入。

2)感知单元集合形成态势信息、情报信息、装备信息等信息要素。

3)指挥决策系统基于云网化的信息资源与决策知识,完成态势认知与规划决策,形成适应动态战场的决策方案计划,并可实时调整。

4)指挥决策功能服务化设计,围绕信息流、指控流、火力流,通过功能服务的模块化灵活组合,实现任务驱动的指挥决策方案快速形成。

5)建立决策知识库,包含规则策略、算法模型、成果方案库、作战数据库等,以资源池与信息云实现知识和信息共享,为指挥决策提供方法经验的积累。

6)将作战体系节点单元质点化,并以决策方案计划为输入聚合构成执行单元集合,并依据战场态势情况完成自主匹配及协调,驱动执行作战。

7)指挥决策网络具备自学习和自适应的能力,通过“输入-决策-输出“的迭代,分析掌握响应规则,并根据响应规则更新输入,解算输出。

2.3 指挥决策体系物理架构

由功能逻辑引申出物理架构,采用“平台+APP”的开放式架构,建立由信息资源和信息通信网络支撑的

装备子体系、指挥控制子体系,以及作战指控层级关系,如图4所示[10]。

1)通过战场信息云、装备模型库、知识资源池在多级部署的指挥控制平台下综合集成作战能力，作战意图直观量化,信息逐级细化,实现整个作战指挥体系的灵活组态与横向融合。

2)在装备层,各种侦察、打击要素可按需要布局,装备在体系框架下通过云端互联互通,强化态势动态响应能力。同时,根据不同作战使命任务,指挥决策中枢可组合侦察、打击、保障等不同作战要素,重构体系网络[11]。

3)各种局部体系网络按照协议、标准相互连接,体系要素、资源按需接入网络,体系架构具备较强的伸缩能力并向下兼容。体系网络适度受损后,可以像侦察与打击装备一样,由同构装备补位、运行。

图4 云网化的指挥决策逻辑架构

3 指挥决策功能服务化设计

针对常规飞行器作战需求,以“平台框架+功能服务”的货架式理念设计指挥决策系统核心件,如图5所示,形成通用平台框架及功能服务模块仓库,在任务流程驱动下实现具体的指挥决策工作。建立决策方法库、知识库与服务化算法模型;通过功能服务的模块化灵活组合,实现任务驱动的指挥决策方案快速形成。平台贯通,多领域协同一体筹划,作战方案快速成型;灵活组态,功能模块插件式组装,有效提升系统集成效率;接口标准,多源信息融合处理,数据库多维分级分层管理。

3.1 平台框架

1)依托基础框架承载服务应用,通过框架调用资源与数据,基于云技术实现大数据资源池管理,系统平台和服务组件保持良好的一致性状态。

3)由基础框架提供服务中间件、数据中间件、态势中间件,实现基于服务的应用集成、数据集成和态势集成,解决异构功能服务的接口一致性问题。

4)建立功能组件集,以服务形式加载,即插即用,通过综合管理与业务流程管理支持模块组件的集成、管控和配置;通过服务组件编辑器,实现组件集合的更新,实现服务组件二次开发及系统功能的扩充。

3.2 功能服务

1)以决策知识库作为决策功能服务的基础支撑和根本依据,包含大数据知识库和决策功能服务集,以信息云实现资源与知识共享。

2)构建涵盖信息资源库、规则知识库、算法模型库、决策方法库、方案成果库、范例库等大数据知识体系[12],决策功能服务集包含服务化的算法模型,以业务模块组件的形式构成应用仓库。

3)功能服务采用模块化的设计思路,降低模块间的耦合交联关系,利用基础框架提供的中间件功能解决异构应用的接口一致性问题,实现按需灵活调配组合。

4)利用大数据和深度学习等智能方法,在决策知识的认知与模型化基础上,积累方案成果数据,自主学习进化修正算法模型,实现功能服务的技术升级。

图5 决策核心件服务化设计

3.3 云资源共享

1)通过云资源管理构建多级贯联的数据层,信息层次区分、同步刷新、逐级细化,实现作战要素信息共享,支撑对态势和分配任务的迅速反应,指挥决策闭环联动。

Case 1.The two sources exhibit both uniform distribution.

2)建立数据仓库和元数据管理体系,统一数据接口标准,实现信息的有效互联互通;采用“数据中心+数据分中心+数据端”的方式提供高性能、可扩展的数据管理功能。

3)知识资源库平战结合,平时开展规划方案的积累与学习,丰富要素模型,充分检验方案成果的合理性和有效性,储备技术方案;战时依据任务要求,迅速从态势信息中提取关键信息,加快认知速度,基于知识库自适应生成打击方案,实现方案的精准寻优。

3.4 流程动态组合

1)以决策知识库和功能服务集为支撑,围绕方案计划和指挥行动两条主线,通过标准化的数据接口和可定制的规划流程形态,将功能服务模块有机关联组合,充分支撑不同任务目标下决策功能的实现。

2)统一态势认知信息,实现不同层级的指挥人员在一幅态势数字图上,完成全部方案筹划,动态精准地执行任务可行性检验,大幅提升作战决策和方案制定的敏捷性。

3)作战方案以指令的形式,通过指挥网络自动转换作战数据实现传递,提高成果分发效率。通过指挥通信节点,实现行动进程的自动采集与监控,对作战行动、重要参数实时全面掌握,态势与装备信息实时在线更新,提高指控效率。

4 结束语

面向复杂对抗态势的常规飞行器指挥决策系统设计,适应了信息化需求,升级优化了传统的指挥流程,引入智能化方法,将信息优势转化为决策优势,促进指挥控制系统能力的跨越式提升,成为常规飞行器效能发挥的关键。本文提出的方法融合联结各体系要素,形成敏捷动态的作战模块化编组,提升常规飞行器的快速响应能力,实现一体化指挥控制。基于云服务的指挥决策架构,以“平台框架+功能服务”的货架式设计理念,多维度建立大数据分层体系和知识模型资源池,最大限度地缩短“认知—决策—行动”的时间,实现灵巧化指挥。功能服务插件式灵活组态,有效提升系统集成效率,将目标任务与决策方案无缝衔接,指挥系统与飞行器平台深度融合,要素信息共享、指挥闭环联动,提升精确筹划能力,解决态势动态变化条件下的指挥决策难题。